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控制学科前沿技术讲座小结

大学三年来真正涉及到自动化方面的课程才刚刚开始，两年多的准备为的就是顺利的踏进自动化科学的大门，而我们现在所学的专业课自动控制理论却是控制学科早期的研究，以至于我们对整个自动化的发展及未来的方向所知甚少。本学期安排的杨老师的控制学科前沿讲座为我们打开了新的视野，控制理论不仅仅运用于工业上生产的控制，还可以用于分析一些经济上的问题，极大的启发了我们的思维和求知欲，下面为控制学科前沿讲座做的小结。
自动化的发展历程：
自动化技术是现代工业的基石，是人类对生产力发展需求的产物，人类自刀耕火种的年代起，就梦想着制造出能够无需人的参与就可以自己完成任务的劳动工具，在几千年的生产过程中，我们的祖先发明了很多节省力气的工具，当然大多应用于农业方面，这些早期的生产技术其实就是自动化的雏形。19世纪发生于欧洲的工业革命，更是为自动化的发展带来了巨大的动力。此后的一百多年中，人们一直在探索，特别是二战期间军事自动化方面的研究，大大推动了自动化的发展，最终由维纳提出了自动化的理论基础著作——控制论，标志着自动化技术的正式诞生。
纵观自动化的发展历程，可以说军事设备是自动化之父，工业生产是自动化之母。20世纪50年代后期到60年代初期是控制理论发展的转折时期，华尔德的序贯分析和贝尔曼的动态规划是转折时期的开端，这些理论受到最优统计决策和资源分配中的序贯规划问题研究的激发。它们在概念上的贡献是考虑了一大类以初始状态参数化了的动态优化问题，这个理论的中心问题是建立最优性能的动态规划方程，从它的解就可以确定最优反馈控制规律。与此同时，优化领域中另一个长期被忽视的强调不等式约束的线性和非线性规划也开始得到发展。苏联庞特里亚金的极大值原理打开了系统的研究受到状态与控制两方面的约束而使用不连续控制函数的最优轨迹的大道。这些又紧密的和变分法联系，进一步刺激了与非线性泛函分析相关的更抽象的优化问题的理论研究。极大值原理对于大量轨迹优化数值计算方法的研究的冲力，最后导致许多空间载运器的成功设计，其中包括阿波罗计划和宇航飞行计划。
20世纪50年代后期卡尔曼滤波器的发现是控制理论发展的又一个里程碑，它的设计在于求解矩阵黎卡提方程，用对偶理论得到以同样方程表达的线性反馈控制。20世纪60年代后期到70年代早期，将线性二次型理论推广到无穷维系统，即以偏微分方程，泛函微分方程，积分微分方程和在巴拿赫空间的一般微分方程描述的系统。这一类研究工作是沿着好几条路分别进行的，有人试图得到能为一大类无穷维系统应用的一般算子形式，而另一些人则从一些特殊方程开始做起，如用波动方程或时延微分方程，企图在进行更普遍的形式的研究之前能从具体问题的结构中得到一些启发。经过研究已弄清不可能找到一种解求所有无穷维问题的普遍形式，而只能是具体问题具体求解，由此引出了诸如解的常规性，各种无穷维的近似方案的有效性，变分形式等细节研究。目前研究的是以线性偏微分方程或相对简单的迟延方程描述的只能在空间的边界上加以观察和控制的系统。至于对非线性无穷维系统的控制问题的研究，只有在出现了概念上的突破后才谈得到。偏微分方程的另一面工作是用包含连续时间和空间变量的动态规划方法推导出来的最优化方程，也称为哈密尔顿-雅克比-贝尔曼方程，已成为先驱分析家激励的源泉，并提出了粘性解的概念。凸分析为控制理论和变分法提供了新方法，也为它们通向数学规划和运筹学的数值分析架起了桥梁。70年代早期，凸分析就扩展到非光滑分析中去，60年代发展起来的变分不等式理论在自由边界问题的研究中显示了功效。最近25年线性系统理论研究非常活跃，自引入了能控性，能观性，状态实现，线性二次型高斯调节问题的概念后，这一领域已成为整个控制理论发展的概念基础，而且还成为将成果普遍化到非线性和分布参数系统上去的标准典范和对所有新的控制规范的试验基础。线性系统的几何方法已引出了超不变性，能控性子空间，干扰去耦，非关联控制等重要新概念和对高放大反馈系统的渐进分析方法。现在已在非线性常微分方程描述的反馈控制系统的研究中引入了微分几何，李代数，非线性动力学等方法，解决了反馈线性化和非线性去耦问题，也在能控性研究上得到更精确的结果。采用非线性动力学的方法已将反馈镇定作用推广到反馈不能线性化的非线性系统上去。
自动化的的前沿技术：
自动化的前沿技术有：1模糊控制，2最优控制，3自适应控制，4鲁棒控制，5线性控制理论纵横，6非线性控制理论的发展，7PID控制，8预测控制，9故障诊断，10人工智能，11专家系统，12推理控制，13集散控制系统（DCS）。
I：模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。产生了许多探索性甚至是突破性的研究与应用成果，这一方法也逐步成为人们思考问题的重要方法论。1